某載貨汽車振動控制與平順性提升方法＊

鄧聚才 馮哲 劉夫云

（1.東風柳州汽車有限公司商用車技術中心；2.桂林電子科技大學）

某載貨汽車振動控制與平順性提升方法＊

鄧聚才1馮哲1劉夫云2

（1.東風柳州汽車有限公司商用車技術中心；2.桂林電子科技大學）

針對某型號載貨汽車存在平順性超標問題，對各個環節的振動傳遞率及其穩定性進行分析發現，該車型前橋懸架的振動傳遞率偏大且不穩定，駕駛室座椅的振動傳遞率明顯偏大。通過仿真分析，提出提高前橋懸架低相對運動速度段阻尼、使駕駛室座椅固有頻率偏離前橋懸架偏頻并合理設置座椅阻尼等平順性提升措施，有效改善了該車型的平順性。

1 前言

目前，國產載貨汽車的平順性和舒適性與國外先進水平還存在一定差距，因此，提高平順性，從而提升載貨汽車舒適性和整車性能，對增強其市場競爭力具有重要意義[1～6]。本文針對某載貨汽車平順性指標不能滿足客戶需求的問題，對駕駛室座椅振動傳遞率、前橋阻尼特性等影響駕駛室平順性的主要因素進行了分析，提出改進措施，有效提升了該載貨汽車的平順性。

2 影響平順性的因素及改進措施

2.1 存在的問題

某載貨汽車普遍存在平順性指標難以滿足用戶需求的問題。根據以往解決平順性問題的方法和經驗，采取了發動機懸置解耦優化、前橋減振器阻尼比優化、駕駛室懸置優化等措施，平順性指標在原有基礎上有所改善，但仍不能滿足客戶對平順性的要求。該車型除存在平順性指標不達標問題外，還存在平順性不穩定現象。該車型的同一輛車，在相同路面、不同時間、多次測試時的平順性結果存在不一致現象，有時甚至存在同一次測試，在平直高速路面行駛時不同時間段平順性測試結果不一致現象，如某路試車輛2次測試的平順性結果如圖1所示。

由圖1可以看出，該載貨汽車在低速段平順性指標明顯偏大，且存在較明顯的平順性不穩定現象。

2.2 原因分析

對該載貨汽車在高速公路上進行電測，利用測試結果對加速度傳遞路徑（如前橋簧下→車架→駕駛室地板→座椅，發動機→車架→駕駛室地板→座椅）中不同位置減振器件的振動傳遞特性進行分析，發現該車型前橋懸架存在隔振率偏低和隔振率不穩定問題，駕駛室駕駛員座椅存在隔振率較低等問題。

2.2.1 前橋懸架問題分析

針對前橋懸架振動傳遞特性不穩定現象，對前橋懸架振動特性進行三維譜分析，結果如圖2所示。

根據前橋懸架三維譜分析結果可以得出，前橋懸架存在減振特性不穩定現象，且前橋懸架減振特性不穩定是導致整車平順性不穩定的主要原因。

對電測數據進行進一步處理發現，該車型在高速路面行駛時，前橋減振器相對運動速度很低，介于0.01～0.02 m/s之間。前橋懸架阻尼由前橋懸架減振器阻尼和前橋鋼板彈簧摩擦阻尼共同得到，而鋼板彈簧摩擦阻尼往往不是一個恒定值，是隨車輛行駛工況波動的。通過以往平順性仿真可以得知，當前橋阻尼值較小時，阻尼波動，對車輛平順性影響較顯著。因此，分析很可能是由于減振器在低相對運動速度段時的阻尼值偏小，使得前橋阻尼大小處于車輛平順性對前橋阻尼變化敏感區域，摩擦阻尼波動導致前橋懸架振動傳遞率不穩定。

2.2.2 駕駛員座椅問題分析

對駕駛室駕駛員座椅不同位置點的加速度信號進行頻譜分析發現，在車輛行駛速度較低時，座椅導軌處的加速度峰值頻率和座椅的固有頻率接近，車輛行駛時速為35 km時座墊和座椅導軌的加速度頻譜曲線如圖3所示[7]。

對該座椅的振動傳遞率進行2次實際測量，得到座椅在不同頻率下的振動傳遞率曲線如圖4所示。

由圖4可以看出，該車型座椅的固有頻率和平順性處于峰值時速段駕駛室座椅導軌處的振動頻率接近，座椅振動傳遞率大于1，座椅不僅不起減振作用，反而起振動放大作用。因此，必須采取措施降低座椅在共振速度段的振動傳遞率。

2.3 解決措施

通過對影響前橋懸架隔振率和駕駛員座椅隔振率的原因進行分析，決定采取如下解決措施。

2.3.1 前橋減振器阻尼優化

該車型在高速路面行駛時，前橋減振器工作在低相對運動速度段，因此建立了分段線性的前橋懸架非線性阻尼模型如下：

式中，Ffyzn為前橋懸架復原阻尼力；Fyszn為前橋懸架壓縮阻尼力；v為前橋懸架相對運動速度；c1，c2，c3，c4，c5為前橋懸架復原阻尼力系數；c11，c21，c31，c41，c51為前橋懸架壓縮阻尼力系數。

利用Matlab Simulink建立了該載貨汽車整車振動仿真模型，開發了仿真優化程序，仿真優化程序運行界面如圖5所示。

對前橋減振器分段線性阻尼進行優化并就載貨汽車平順性對前橋減振器阻尼變化的靈敏度進行了仿真分析，得出如下2個結論：目前的前橋懸架在低相對運動速度段的阻尼偏低，需要提高，特別是其壓縮阻尼大小；當前橋懸架阻尼值較低時，車輛平順性對前橋懸架阻尼變化較敏感，當前橋懸架阻尼達到一定值，如阻尼比大于0.4時，車輛平順性對前橋懸架阻尼變化不敏感。車輛平順性隨前橋懸架阻尼變化曲線如圖6所示。

根據仿真分析結果可以得出，提高前橋懸架低速段的阻尼，不僅可以改善車輛平順性，同時可以提高其平順性的穩定性。由于前橋懸架鋼板彈簧摩擦阻尼調整難度較大，因此，要改善車輛的平順性及其穩定性，有效且可操作的措施之一是提高前橋懸架減振器在低相對運動速度段的阻尼，特別是其壓縮阻尼。

2.3.2 提高駕駛員座椅隔振率

針對座椅在低行駛速度段傳遞率偏高問題，采取如下措施：利用Matlab simulink建立座椅仿真模型，開發座椅剛度與阻尼仿真優化程序，對座椅剛度、阻尼參數進行仿真優化，合理匹配座椅剛度和阻尼參數。經優化改進后進行的3次新座椅振動傳遞率實際測量結果如圖7所示。

由圖7可以看出，改進后座椅在低頻段的振動傳遞率較原有座椅明顯降低，最大傳遞率從1.5降低至低于0.7，改進后座椅在低頻段具有良好的減振作用。

2.4應用驗證

根據上述分析和優化結果，對前橋減振器阻尼參數和駕駛室座椅剛度、阻尼參數進行重新設計。以往的前橋減振器設計，只關注相對速度0.052 m/s以上的阻尼大小，而重新設計要求其在低相對運動速度段（相對速度介于0.01～0.052 m/s之間）的阻尼比不低于0.25，加上鋼板彈簧摩擦阻尼，確保前橋懸架在低相對運動速度段的總阻尼比不低于0.35。座椅剛度值設為25 kN/m，阻尼比設為1.05。按重新設計的剛度、阻尼參數試制前橋減振器和座椅，并裝車進行路面電測試驗，得到的改進前、后平順性實測結果對比情況如圖8所示。

由圖8可以看出，改進后的車型不僅平順性得到明顯改善，低速段平順性峰值在原有基礎上降低40%以上，且穩定性明顯改善。

3 結束語

通過建立車輛振動仿真模型并開發仿真優化程序，對分段線性的前橋懸架阻尼和車輛平順性隨前橋懸架阻尼變化的靈敏度進行了仿真分析。在此基礎上，提出了提高前橋懸架低相對運動速度段阻尼平順性及其穩定性的改善措施。通過對整車加速度傳遞路徑進行分析，針對座椅振動傳遞率偏高問題，提出了駕駛員座椅固有頻率錯開前橋懸架偏頻、合理設置座椅阻尼、降低座椅低頻振動傳遞率的平順性改善措施。以某載貨汽車為例，對提出的方法和措施進行了應用驗證，有效改善了該載貨汽車的平順性，對解決其他車型平順性問題具有參考價值。

1徐陳夏.汽車平順性仿真分析與懸架參數優化：[學位論文].合肥：合肥工業大學，2009.

2E Courteille,L Leotoing，F Mortier,et al.New analytical method to evaluate the powerplant and chassis coupling in theimprovementvehicleNVH.EuropeanJournalof Mechanics A/Solids,（24）:929～94,2005.

3莊良飄.工程設計階段汽車平順性分析方法研究：[學位論文].廣州：華南理工大學，2010.

4馬天飛,王登峰,梁和平.利用MSC.Adams/Car建立轎車的剛彈耦合模型.計算機輔助工程，2006（15）:238～240.

5田曉峰，等.拖拉機駕駛座椅振動舒適性研究現狀分析.農機化研究，2010（9）:249～252.

6佐安康.重型商用車剛彈耦合系統的平順性研究：[學位論文].長春：吉林大學，2010.

7張守海.某載貨汽車的平順性分析與懸架系統改進設計：[學位論文].長春：吉林大學，2010.

（責任編輯簾青）

修改稿收到日期為2014年2月1日。

Research on Improvement of Vibration Control and Ride Comfort of A Heavy Truck

Deng Jucai1,Feng Zhe1,Liu Fuyun2
（1.Commercial Vehicle Technology Center,Dongfeng Liuzhou Motor Co.,Ltd;2.Guilin University of Electronic Technology）

To address the problem that a type of heavy truck falls out of limit in the ride comfort,the main factors which influence the ride comfort are analyzed.It is found that the vibration transmissibility of front shock absorber is larger than normal value and not stable and the vibration transmissibility of cab seat is also larger than normal value. Based on simulation results,measures such as to improve the damping corresponding to the relatively low velocity of front axle suspension,to stagger the natural frequency of cab seat and the suspension frequency,and to set a reasonable damping value to cab seat,are taken.The ride comfort of the type heavy truck is effectively improved.

Heavy truck,Vibration transmissibility,Damping,Ride comfort

載貨汽車振動傳遞率阻尼平順性

U461.4

：A

1000-3703（2014）03-0010-03

國家自然科學基金項目（51265006），廣西科技研究與技術開發項目（桂科攻1348005-11），廣西制造系統與先進制造技術重點實驗室主任課題（桂科能11-031-12_008），柳州市科技開發項目（2013H020401）。